Die Rice University in Houston, USA, hat im November zwei neuartige Verfahren zur Rückgewinnung von Lithium aus Altbatterien vorgestellt. Beide Ansätze zielen darauf ab, energie- und chemikalienintensive Prozesse herkömmlicher Recyclingverfahren wie der Hydrometallurgie zu ersetzen und damit Kosten, Umweltbelastung und Komplexität zu reduzieren.
Ein Team um den Chemiker James Tour entwickelte ein zweistufiges Verfahren („FJH-ClO“), bei dem Material aus Altbatterien zweimal kurz erhitzt wird – zuerst zusammen mit Chlorgas, anschließend an Luft. Durch die schnelle Abfolge werde Lithium wirksam von Übergangsmetallen getrennt; letztere liegen als Oxide vor, während Lithium als Chlorid zurückbleibe und anschließend einfach mit Wasser extrahiert werden könne. Starke Säuren seien dafür nicht nötig. Laut den Forschenden halbiere der Prozess im Labormaßstab den Energiebedarf gegenüber herkömmlichen Verfahren und reduziere den Chemikalieneinsatz um rund 95 Prozent. Neben Lithium würden auch Kobalt und Graphit in nahezu vollständiger Ausbeute zurückgewonnen; die Reinheiten seien hoch genug für eine industrielle Weiterverarbeitung.
Unabhängig davon präsentierte eine zweite Arbeitsgruppe um die Ingenieurin Sibani Lisa Biswal ein elektrochemisches Verfahren, das Lithium direkt als Lithiumhydroxid produziert. „Wir stellten uns eine einfache Frage: Wenn das Laden einer Batterie Lithium aus der Kathode zieht, warum nicht dieselbe Reaktion fürs Recycling nutzen?“, beschreibt Biswal den Ansatz. Dafür wird die sogenannte Schwarzmasse, die beim mechanischen Zerkleinern von Batterien entsteht, in Wasser gegeben und unter elektrische Spannung gesetzt. Die dabei aus der Abfallkathode herausgelösten Lithium-Ionen wandern den Angaben der Forscher zufolge durch eine Membran in einen Wasserstrom und bilden dort unmittelbar hochreines Lithiumhydroxid. Der Prozess komme ohne Säuren, ohne thermische Behandlung und ohne Zusatzchemikalien aus. Der Energieverbrauch liege bei nur etwa einem Zehntel der für herkömmliche Verfahren angegebenen Werte. Die Lithiumhydroxid-Lösung erreiche Reinheiten von über 99 Prozent und sei in über 1.000 Betriebsstunden stabil erzeugt worden.
Während das FJH-ClO-Verfahren auf eine umfassende Rückgewinnung mehrerer Wertstoffe zielt, konzentriert sich das elektrochemische System primär auf eine besonders einfache und direkte Lithiumextraktion. Beide Ansätze adressieren zentrale Kostentreiber der Branche – Energiebedarf, Chemikalieneinsatz und aufwändige Prozessketten – und werden von den Forscherteams als potenziell skalierbar betrachtet.
